JP3379148B2 - Cryogenic cooling device - Google Patents

Cryogenic cooling device

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JP3379148B2
JP3379148B2 JP13234393A JP13234393A JP3379148B2 JP 3379148 B2 JP3379148 B2 JP 3379148B2 JP 13234393 A JP13234393 A JP 13234393A JP 13234393 A JP13234393 A JP 13234393A JP 3379148 B2 JP3379148 B2 JP 3379148B2
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【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は超電導磁石装置に利用さ
れる極低温冷却装置に関する。この極低温冷却装置は、
特に、超電導式磁気浮上鉄道の車両(リニアモータカ
ー)に搭載される超電導磁石装置を冷却する車載用の極
低温冷却装置として適応可能である。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a cryogenic cooling device used in a superconducting magnet device. This cryocooler
In particular, it is applicable as an on-vehicle cryogenic cooling device for cooling a superconducting magnet device mounted on a superconducting magnetic levitation railway vehicle (linear motor car).

【0002】[0002]

【従来の技術】図5に示すものは、例えば、特公平3−
48431号公報に示された従来の極低温冷却装置の回
路図である。図において、符号1は冷凍機本体の圧縮ピ
ストン、2は圧縮ピストンのピストンリング、3は圧縮
ピストンのロッドシール、4は圧縮空間、5は第1段膨
脹ピストン、6は第1段膨脹ピストンリング、7は放熱
器、8は第1段蓄冷器、9は第1段膨脹シリンダ、10
は第1段膨脹空間、11は第2段膨脹ピストン、12は
第2段膨脹ピストンリング、13は第2段蓄冷器、14
は第2段膨脹シリンダ、15は第2段膨脹空間、16は
第3段膨脹ピストン、17は第3段膨脹ピストンリン
グ、18は第3段蓄冷器、19は第3段膨脹シリンダ、
20は第3段膨脹空間、21はJT回路の一部を構成す
るヘリウム圧縮機本体、22は第1JT熱交換器、23
は第2JT熱交換器、24は前記の第2段膨脹空間15
部付近のシリンダ14に取り付けられた第2予冷熱交換
器、25は第3JT熱交換器、26は前記の第3段膨脹
空間20部付近のシリンダ19に取り付けられた第3予
冷熱交換器、27は第4JT熱交換器、28はJT膨脹
弁、29は液体ヘリウム槽内の空間に配した凝縮熱交換
器である。
2. Description of the Related Art The one shown in FIG.
It is a circuit diagram of the conventional cryogenic cooling device shown in 48431 gazette. In the figure, reference numeral 1 is a compression piston of a refrigerator main body, 2 is a piston ring of the compression piston, 3 is a rod seal of the compression piston, 4 is a compression space, 5 is a first stage expansion piston, and 6 is a first stage expansion piston ring. , 7 is a radiator, 8 is a first stage regenerator, 9 is a first stage expansion cylinder, 10
Is a first stage expansion space, 11 is a second stage expansion piston, 12 is a second stage expansion piston ring, 13 is a second stage regenerator, 14
Is a second stage expansion cylinder, 15 is a second stage expansion space, 16 is a third stage expansion piston, 17 is a third stage expansion piston ring, 18 is a third stage regenerator, 19 is a third stage expansion cylinder,
Reference numeral 20 is a third-stage expansion space, 21 is a helium compressor main body forming a part of the JT circuit, 22 is a first JT heat exchanger, and 23
Is a second JT heat exchanger, 24 is the second stage expansion space 15
Section, a second precooling heat exchanger attached to the cylinder 14, 25 is a third JT heat exchanger, 26 is a third precooling heat exchanger attached to the cylinder 19 near the third stage expansion space 20 section, Reference numeral 27 is a fourth JT heat exchanger, 28 is a JT expansion valve, and 29 is a condensation heat exchanger arranged in the space inside the liquid helium tank.

【0003】この冷凍機本体は、3段1気筒の膨脹機で
構成されており第1段膨脹空間10で発生した冷凍は、
第1JT熱交換器22を介して、JT回路の冷媒に熱伝
達される。第2段膨脹空間15で発生した冷凍は、第2
予冷熱交換器24を介して、JT回路の冷媒に熱伝達さ
れる。第3段膨脹空間20で発生した冷凍は、第3予冷
熱交換器26を介して、同じくJT回路の冷媒に熱伝達
される。各段の予冷熱交換器および各JT熱交換器で順
次冷却されたヘリウムガスは、JT膨脹弁28部におい
て一部が液化されて低圧極低温のミスト状ヘリウムとな
って凝縮熱交換器29に達する。凝縮熱交換器29の外
部周囲のヘリウムガスはこの凝縮熱交換器部29にふれ
て一部が液化される。
The refrigerator body is composed of a three-stage, one-cylinder expander, and the refrigeration generated in the first-stage expansion space 10 is
The heat is transferred to the refrigerant in the JT circuit via the first JT heat exchanger 22. The freezing generated in the second expansion space 15 is the second
Heat is transferred to the refrigerant in the JT circuit via the pre-cooling heat exchanger 24. The refrigeration generated in the third expansion space 20 is also transferred to the refrigerant in the JT circuit via the third precooling heat exchanger 26. The helium gas sequentially cooled in each stage of the pre-cooling heat exchanger and each JT heat exchanger is partially liquefied at the JT expansion valve 28 to be a low-pressure cryogenic mist-like helium, and then to the condensing heat exchanger 29. Reach The helium gas around the outside of the condensing heat exchanger 29 touches the condensing heat exchanger portion 29 and is partly liquefied.

【0004】図5に示される従来例とは別に、特公昭5
1−8225号公報や特公昭51−14168号公報に
開示される例は、蓄冷器と膨脹空間とを伝熱帯により連
結することを開示する。
In addition to the conventional example shown in FIG.
The examples disclosed in Japanese Patent No. 1-8225 and Japanese Patent Publication No. 51-14168 disclose that a regenerator and an expansion space are connected by a heat transfer.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする問題点】従来の極低温冷却装
置は、以上のように構成されているので、第3段膨脹部
の冷凍能力はその前の第2段膨脹部の温度変化によって
影響を受け易く、また、第2段膨脹部の冷凍能力はその
前の第1段膨脹部の温度変化によって影響を受け易い。
すなわち、外部からの熱負荷変動に対して3段膨脹方式
は、2段膨脹方式より冷凍出力が不安定になる。また、
冷凍機本体の圧縮ピストンおよび膨脹ピストンはそれぞ
れ1気筒であるため、これらを作動させるクランクシャ
フトを回転駆動するモータには、大きな変動荷重が作用
する。そのため、駆動部には負荷能力の大きなベアリン
グを用いたり、出力源として大出力モータを用いなけれ
ばならず、そのため、所要電力も多くなる等の欠点があ
った。
Since the conventional cryogenic cooling device is constructed as described above, the refrigerating capacity of the third stage expansion section is affected by the temperature change of the second stage expansion section before it. Further, the refrigerating capacity of the second-stage expansion section is easily affected by the temperature change of the preceding first-stage expansion section.
That is, the refrigerating output of the three-stage expansion method is more unstable than that of the two-stage expansion method with respect to heat load fluctuations from the outside. Also,
Since the compression piston and the expansion piston of the refrigerator main body each have one cylinder, a large fluctuating load acts on the motor that rotationally drives the crankshaft that operates these cylinders. Therefore, it is necessary to use a bearing having a large load capacity in the drive unit and a large output motor as an output source.

【0006】この発明は、上記のような問題点を解決す
るためになされたもので、所要電力を少なくし高効率で
冷凍出力の安定した振動騒音の小さい極低温冷却装置を
提供することを目的とする。
The present invention has been made in order to solve the above problems, and an object thereof is to provide a cryogenic cooling device which requires less electric power, has high efficiency, has stable refrigerating output, and has small vibration noise. And

【0007】[0007]

【問題点を解決するための手段】本発明の極低温冷却装
置は、冷凍機本体の圧縮部および膨脹部を2気筒にして
各気筒の回転位相角度をずらし、冷凍取り出し部を各気
筒に分散させる手段を用いる。好ましくは、冷凍取り出
し部を膨脹シリンダと蓄冷部とに設けると共に、膨脹シ
リンダ内径の一部には熱交換フィン溝を設ける手段を用
いる。
In the cryogenic cooling device of the present invention, the compression part and the expansion part of the refrigerator main body are made to have two cylinders, the rotational phase angles of the cylinders are shifted, and the freeze extraction part is distributed to each cylinder. Use the means to make. Preferably, a means for providing a freezing take-out portion in the expansion cylinder and the cold storage portion and providing a heat exchange fin groove in a part of the inner diameter of the expansion cylinder is used.

【0008】具体的には、本発明は、膨脹部を2段構成
とした対の冷凍サイクルを有し、さらに、一方の冷凍サ
イクルの第1の膨脹部と熱交換関係の第1の予冷熱交換
器、第2の膨脹部と熱交換関係の第2の予冷熱交換器、
及び他方の冷凍サイクルの第2の膨脹部と熱交換関係の
第3の予冷熱交換器とを有するジュールトムソン回路
と、並びにジュールトムソン回路に接続された液体ヘリ
ウム貯槽とを有する極低温冷却装置を提供する。
Specifically, the present invention has a pair of refrigeration cycles in which the expansion section has a two-stage structure, and further, a first precooling heat in a heat exchange relationship with the first expansion section of one refrigeration cycle. An exchanger, a second pre-cooling heat exchanger in heat exchange relationship with the second expansion section,
And a cryogenic cooling device having a Joule-Thomson circuit having a second expansion section of the other refrigeration cycle and a third pre-cooling heat exchanger in a heat exchange relationship, and a liquid helium storage tank connected to the Joule-Thomson circuit. provide.

【0009】さらに、本発明は、被冷却体を収納した液
体ヘリウム貯槽をその内部に有する真空断熱外槽容器
と、冷凍機本体と、および真空断熱外槽容器に接続され
且つ冷凍機本体と熱交換関係の予冷熱交換器を有するジ
ュールトムソン回路とを有する極低温冷却装置におい
て、冷凍機本体の膨脹部を2段の2気筒とし、第1気筒
の第1段膨脹部と第2段膨脹部および第2気筒の第2段
膨脹部において発生した冷凍を、第1予冷熱交換器と第
2予冷熱交換器および第3予冷熱交換器を介してジュー
ルトムソン(以下JTと称す)回路の冷媒に熱伝達する
ことを特徴とする極低温冷却装置を提供する。好ましく
は、前記冷凍機本体の第1気筒の第2段蓄冷部および第
2気筒の第2段蓄冷部に第4予冷熱交換器および第5予
冷熱交換器を設け、さらに、前記冷凍機の第1気筒の第
2段膨脹シリンダおよび第2気筒の第2段膨脹シリンダ
の内側に溝を設ける。
Further, according to the present invention, a vacuum heat insulating outer tank container having therein a liquid helium storage tank containing an object to be cooled, a refrigerator main body, and a vacuum heat insulating outer tank container connected to the refrigerator main body In a cryogenic cooling device having a Joule-Thomson circuit having an exchange-related pre-cooling heat exchanger, an expansion part of a refrigerator main body is a two-stage two-cylinder, and a first-stage expansion part and a second-stage expansion part of the first cylinder. And refrigeration generated in the second expansion section of the second cylinder is passed through the first pre-cooling heat exchanger, the second pre-cooling heat exchanger, and the third pre-cooling heat exchanger to form a refrigerant in a Joule Thomson (hereinafter referred to as JT) circuit. Provided is a cryogenic cooling device characterized in that heat is transferred to Preferably, a fourth precooling heat exchanger and a fifth precooling heat exchanger are provided in the second stage cold storage section of the first cylinder and the second stage cold storage section of the second cylinder of the refrigerator main body, and further, in the refrigerator. Grooves are provided inside the second stage expansion cylinder of the first cylinder and the second stage expansion cylinder of the second cylinder.

【0010】[0010]

【作用】対の冷凍サイクルを構成する冷凍機本体からJ
T回路に冷凍を取り出す部分を温度の高い順に第1気筒
の第1段膨脹部、次に第2段膨脹部とし、更に次は第2
気筒の第2段膨脹部から取り出すようにする。第2気筒
の第1段膨脹部からは冷凍を取り出さないので、同部は
常に安定した一定の温度を供する。従って第2気筒の第
2段膨脹部は第2気筒の第1段膨脹部からの温度変化に
よる影響を受けず、常に安定した冷凍出力をJT回路に
伝達することができる。また、2気筒のクランクシャフ
ト回転位相角度を適切にずらすことにより、トルク変動
を最小限に低減できるので大出力モータを必要とせず、
所要電力も少なくて済む。トルク変動が少なくなると軸
受部や歯車継手部からの振動騒音も低減する。また第1
気筒および第2気筒の各第2段蓄冷部からも更に有効に
冷凍を取り出すと共に、膨脹シリンダの内径の一部には
フィン溝を設けガスの熱交換効率を高くした。
[Operation] From the refrigerator main body which constitutes the pair of refrigeration cycles, J
The portion from which refrigeration is taken out to the T circuit is the first-stage expansion section of the first cylinder, followed by the second-stage expansion section in descending order of temperature, and then the second section.
Take it out from the second expansion section of the cylinder. Since refrigeration is not taken out from the first stage expansion section of the second cylinder, this section always provides a stable and constant temperature. Therefore, the second stage expansion section of the second cylinder is not affected by the temperature change from the first stage expansion section of the second cylinder, and it is possible to always transmit a stable refrigeration output to the JT circuit. Further, by appropriately shifting the crankshaft rotation phase angle of the two cylinders, torque fluctuation can be reduced to a minimum, so a large output motor is not required,
It requires less power. When the torque fluctuations are reduced, vibration noise from the bearing portion and the gear joint portion is also reduced. Also the first
Refrigeration is more effectively taken out from the second-stage cold storage section of each of the cylinder and the second cylinder, and fin grooves are provided in a part of the inner diameter of the expansion cylinder to improve the heat exchange efficiency of gas.

【0011】[0011]

【実施例】以下、本発明をその実施例を示す図に基づい
て説明する。図1はその一実施例を示す極低温冷凍装置
の回路図であり、図4に示したものと同一または相当部
分には同一符号を付して示し、その説明を省略する。図
において、1aは冷凍機本体の第2気筒の圧縮ピスト
ン、2aはピストンリング、4aは圧縮部の圧縮空間、
5aは第2気筒の第1段膨脹ピストン、6aは第2気筒
の第1段膨脹ピストンリング、7aは第2気筒の放熱
器、8aは第2気筒の第1段蓄冷器、9aは第2気筒の
第1段膨脹シリンダ、10aは第2気筒の第1段膨脹空
間、16aは第2気筒の第2段膨脹ピストン、17aは
第2気筒の第2段膨脹ピストンリング、18aは第2気
筒の第2段蓄冷器、19aは第2気筒の第2段膨脹シリ
ンダである。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below with reference to the drawings showing its embodiments. FIG. 1 is a circuit diagram of a cryogenic refrigerating apparatus showing an embodiment thereof. The same or corresponding parts as those shown in FIG. 4 are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted. In the figure, 1a is the compression piston of the second cylinder of the refrigerator body, 2a is the piston ring, 4a is the compression space of the compression section,
Reference numeral 5a is a second cylinder first stage expansion piston, 6a is a second cylinder first stage expansion piston ring, 7a is a second cylinder radiator, 8a is a second cylinder first stage regenerator, and 9a is a second cylinder. First stage expansion cylinder of cylinder, 10a is first stage expansion space of second cylinder, 16a is second stage expansion piston of second cylinder, 17a is second stage expansion piston ring of second cylinder, and 18a is second cylinder. Is a second stage regenerator, and 19a is a second stage expansion cylinder of the second cylinder.

【0012】図1中、20aは第2気筒の第2段膨脹空
間、22aは第1気筒の第1段膨脹空間10部付近のシ
リンダ9に取り付けられた第1予冷熱交換器、26aは
前記の第2段膨脹空間20a部付近のシリンダ19aに
取り付けられた第3予冷熱交換器、30は超電導磁石、
31は超電導磁石を冷却する液体ヘリウム、32は超電
導磁石と液体ヘリウムを収納する液体ヘリウム貯槽、3
3は熱シールド板、34は真空断熱外槽容器、35、3
5aは膨脹部とクランクケース部とのヘリウムガスを分
離する可撓シール、36、36aは圧縮部とクランクケ
ース部とのヘリウムガスを分離する可撓シール、37、
37aは膨脹部のガイドピストン、38、38aは圧縮
部のガイドピストン、39、39aは膨脹部ガイドピス
トンピン40、40aは圧縮部ガイドピストンピン、4
1、41aは膨脹部のコネクティングロッド、42、4
2aは圧縮部のコネクティングロッド、43はクランク
シャフト、44はクランクシャフトを支持する軸受、4
5はクランクケースである。
In FIG. 1, 20a is a second expansion space of the second cylinder, 22a is a first precooling heat exchanger attached to a cylinder 9 near the first expansion space 10 of the first cylinder, and 26a is the above-mentioned. The third precooling heat exchanger attached to the cylinder 19a in the vicinity of the second stage expansion space 20a, 30 is a superconducting magnet,
31 is liquid helium that cools the superconducting magnet, 32 is a liquid helium storage tank that stores the superconducting magnet and liquid helium, 3
3 is a heat shield plate, 34 is a vacuum insulation outer tank container, 35, 3
5a is a flexible seal for separating helium gas between the expansion section and the crankcase section, 36, 36a is a flexible seal for separating helium gas between the compression section and the crankcase section, 37,
37a is a guide piston for the expansion section, 38, 38a are guide pistons for the compression section, 39 and 39a are expansion section guide piston pins 40, 40a are the compression section guide piston pins, 4
1, 41a are connecting rods of the expansion part, 42, 4
Reference numeral 2a is a connecting rod of a compression portion, 43 is a crankshaft, 44 is a bearing for supporting the crankshaft, 4
5 is a crankcase.

【0013】上記のように構成された極低温冷凍装置に
おいては、冷凍サイクルを構成する冷凍機本体の圧縮部
と膨脹部は2気筒で構成されており、各気筒は、異なる
回転位相角度を有する1本のクランクシャフト43を介
して、1個のモータで駆動される。第1段膨脹空間10
で発生した冷凍は、第1予冷熱交換器22aを介して、
JT回路の冷媒に熱伝達される。第1気筒の第2段膨脹
空間15で発生した冷凍は、第2予冷熱交換器24を介
してJT回路の冷媒に熱伝達される。第2気筒の第2段
膨脹空間20aで発生した冷凍は、第3予冷熱交換器2
6aを介して、同じくJT回路の冷媒に熱伝達される。
In the cryogenic refrigeration system constructed as described above, the compression section and the expansion section of the refrigerating machine body constituting the refrigeration cycle are composed of two cylinders, and each cylinder has a different rotational phase angle. It is driven by one motor via one crankshaft 43. First stage expansion space 10
The refrigeration generated in 1st through the first pre-cooling heat exchanger 22a,
Heat is transferred to the refrigerant in the JT circuit. The refrigeration generated in the second expansion space 15 of the first cylinder is transferred to the refrigerant in the JT circuit via the second precooling heat exchanger 24. The refrigeration generated in the second-stage expansion space 20a of the second cylinder is the third pre-cooling heat exchanger 2
Heat is also transferred to the refrigerant in the JT circuit via 6a.

【0014】なお、第2気筒の第2段膨脹部20aの冷
凍性能をより安定させるために、第2気筒の第1段膨脹
部10aには熱負荷となるJT回路を接続せず、第2気
筒の第1段膨脹部10aの温度を安定した一定の温度に
保ち、第2気筒の第2段膨脹部20aへの影響を最小限
に押さえる。各予冷熱交換器および各JT熱交換器で順
次冷却されたヘリウムガスは、JT膨脹弁28部におい
て一部が液化され、低圧極低温のミスト状ヘリウムとな
って、超電導磁石装置の極低温液体ヘリウム貯槽32内
に流れ、液体ヘリウム分のみが貯溜される。ヘリウムガ
ス分および外部からの熱侵入によって液体ヘリウム31
が蒸発し、新たに液体ヘリウム貯槽内で発生したヘリウ
ムガスを、JT回路の低圧回路を通って圧縮機本体21
へ循環返流させる。
In order to further stabilize the refrigerating performance of the second-stage expansion section 20a of the second cylinder, the first-stage expansion section 10a of the second cylinder is not connected to a JT circuit as a heat load, The temperature of the first-stage expansion section 10a of the cylinder is maintained at a stable and constant temperature to minimize the influence on the second-stage expansion section 20a of the second cylinder. The helium gas sequentially cooled in each pre-cooling heat exchanger and each JT heat exchanger is partially liquefied at the JT expansion valve 28, and becomes low-pressure cryogenic mist-like helium, which is the cryogenic liquid of the superconducting magnet device. It flows into the helium storage tank 32, and only liquid helium is stored. Liquid helium 31 due to helium gas content and heat penetration from the outside
The helium gas newly evaporated in the liquid helium storage tank evaporates and passes through the low pressure circuit of the JT circuit to the compressor main body 21.
Circulate back to.

【0015】図2は他の一実施例を示す極低温冷凍装置
の回路図であり、図1に示したものと同一または相当部
分には同一符号を付して示し、その説明を省略する。図
2において、符号24bは第1気筒の第2段蓄冷部に設
けた第4予冷熱交換器、26bは第2気筒の第2段蓄冷
部に設けた第5予冷熱交換器である。上記のように構成
された極低温冷凍装置においては、第2予冷熱交換器2
4で冷却されたJT回路のガスは、第4予冷熱交換器2
4bで更に冷却される。また同じく第3予冷熱交換器2
6aで冷却されたJT回路のガスは、第5予冷熱交換器
26bで更に冷却される。
FIG. 2 is a circuit diagram of a cryogenic refrigerating apparatus showing another embodiment. The same or corresponding parts as those shown in FIG. 1 are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted. In FIG. 2, reference numeral 24b is a fourth precooling heat exchanger provided in the second stage cold storage section of the first cylinder, and 26b is a fifth precooling heat exchanger provided in the second stage cold storage section of the second cylinder. In the cryogenic refrigerator configured as described above, the second pre-cooling heat exchanger 2
The gas in the JT circuit cooled in 4 is supplied to the fourth pre-cooling heat exchanger 2
It is further cooled at 4b. Similarly, the third precooling heat exchanger 2
The gas in the JT circuit cooled in 6a is further cooled in the fifth precooling heat exchanger 26b.

【0016】図3は他の一実施例を示す膨脹部の部分断
面図であり、図1に示したものと同一または相当部分に
は同一符号を付して示し、その説明を省略する。図3,
4において、符号14、19aは各第2段膨脹シリン
ダ、14cは各第2段シリンダ内径の一部に設けた冷却
フィン溝、24は前記の第2段膨脹シリンダ14の外側
に設けた第2予冷熱交換器、26aは同じく第2段膨脹
シリンダ19aの外側に設けた第3予冷熱交換器であ
る。上記のように構成された極低温冷凍装置において
は、各第2段シリンダ14、19a内の冷媒ガスと各シ
リンダ内径表面との接触面積が、フィンを設けることに
よって大幅に増加し、熱交換効率が高くなり各シリンダ
に取り付けられた第2予冷熱交換器24および第3予冷
熱交換器26aを介してより多くの冷凍をJT回路へ伝
達することができる。
FIG. 3 is a partial cross-sectional view of an expansion portion showing another embodiment. The same or corresponding parts as those shown in FIG. 1 are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted. Figure 3,
4, reference numerals 14 and 19a are second expansion cylinders, 14c is a cooling fin groove provided in a part of the inner diameter of each second cylinder, and 24 is a second expansion cylinder provided outside the second expansion cylinder 14. The pre-cooling heat exchanger 26a is a third pre-cooling heat exchanger also provided outside the second stage expansion cylinder 19a. In the cryogenic refrigerator configured as described above, the contact area between the refrigerant gas in each of the second stage cylinders 14 and 19a and the inner diameter surface of each cylinder is significantly increased by providing the fins, and the heat exchange efficiency is increased. Therefore, more refrigeration can be transmitted to the JT circuit via the second pre-cooling heat exchanger 24 and the third pre-cooling heat exchanger 26a attached to each cylinder.

【0017】[0017]

【効果】以上説明したように、この発明の極低温冷却装
置によれば、冷凍機本体の圧縮部および膨脹部を2気筒
にして各気筒の回転位相角度を適切にずらし、冷凍取り
出し部を各気筒の膨脹部に分散させたことにより、トル
ク変動を最小限に低減して所要電力を少なくすることが
でき、また軸受部や歯車継手部からの振動騒音も低減す
ることができ、更に冷凍機本体からJT回路に、より安
定した冷凍出力を伝達することができる。また膨脹部だ
けでなく蓄冷部からも冷凍を取り出すと共に、膨脹シリ
ンダ内径の一部に冷却フィン溝を設けて冷媒ガスとの熱
交換効率を高くしたこと等により、高効率で高性能の極
低温冷却装置が得られる効果を有している。
As described above, according to the cryogenic cooling device of the present invention, the compression unit and the expansion unit of the refrigerator main body are made to have two cylinders, the rotation phase angle of each cylinder is appropriately shifted, and the refrigeration take-out unit is provided. By distributing it to the expansion part of the cylinder, torque fluctuation can be minimized to reduce the required electric power, and vibration noise from the bearing part and the gear joint part can also be reduced, and the refrigerator can be further reduced. More stable refrigeration output can be transmitted from the main body to the JT circuit. In addition to taking out refrigeration not only from the expansion section but also from the cold storage section, a cooling fin groove is provided in a part of the inner diameter of the expansion cylinder to increase the efficiency of heat exchange with the refrigerant gas. The cooling device has the effect of being obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の第一実施例の極低温冷却装置の回路図
である。
FIG. 1 is a circuit diagram of a cryogenic cooling device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第二実施例の極低温冷却装置の回路図
である。
FIG. 2 is a circuit diagram of a cryogenic cooling device according to a second embodiment of the present invention.

【図3】膨脹部の好ましい例を示す縦断面図である。FIG. 3 is a vertical cross-sectional view showing a preferred example of an expansion section.

【図4】図3に示す膨脹部の横断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view of the expansion section shown in FIG.

【図5】従来の極低温冷却装置の回路図である。FIG. 5 is a circuit diagram of a conventional cryogenic cooling device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10、15 第1気筒の膨脹部 20a 第2気筒の第2膨脹部 21 JT回路圧縮機 22、23、25、27 JT熱交換器 22a、24、26a 予冷熱交換器 24b、26b 予冷熱交換器 28 JT膨脹弁 30 超電導磁石(被冷却体) 32 液体ヘリウム貯槽 33 熱シールド板 34 真空断熱外槽容器 10, 15 Expansion part of the first cylinder 20a 2nd expansion part of the 2nd cylinder 21 JT circuit compressor 22, 23, 25, 27 JT heat exchanger 22a, 24, 26a Pre-cooling heat exchanger 24b, 26b Pre-cooling heat exchanger 28 JT expansion valve 30 Superconducting magnet (cooled body) 32 Liquid Helium Storage Tank 33 heat shield plate 34 Vacuum insulation outer tank container

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F25B 9/00 395 F25B 9/02 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (58) Fields surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) F25B 9/00 395 F25B 9/02

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 膨脹部を2段構成とした対の冷凍サイク
ルを有し、さらに、一方の冷凍サイクルの第1の膨脹部
と熱交換関係の第1の予冷熱交換器、第2の膨脹部と熱
交換関係の第2の予冷熱交換器、及び他方の冷凍サイク
ルの第2の膨脹部と熱交換関係の第3の予冷熱交換器と
を有するジュールトムソン回路と、並びにジュールトム
ソン回路に接続された液体ヘリウム貯槽とを有する極低
温冷却装置。
1. A first pre-cooling heat exchanger and a second expansion which have a pair of refrigerating cycles in which the expansion section has a two-stage structure, and further have a heat exchange relationship with the first expansion section of one refrigeration cycle. To a Joule-Thomson circuit having a second pre-cooling heat exchanger in a heat exchange relationship with a section and a second expansion section in a refrigeration cycle on the other side and a third pre-cooling heat exchanger in a heat exchange relationship, and a Joule-Thomson circuit Cryogenic cooling device with connected liquid helium reservoir.
【請求項2】 被冷却体を収納した液体ヘリウム貯槽を
その内部に有する真空断熱外槽容器と、冷凍機本体と、
および真空断熱外槽容器に接続され且つ冷凍機本体と熱
交換関係の予冷熱交換器を有するジュールトムソン回路
とを有する極低温冷却装置において、冷凍機本体の膨脹
部を2段の2気筒とし、第1気筒の第1段膨脹部と第2
段膨脹部および第2気筒の第2段膨脹部において発生し
た冷凍を、第1予冷熱交換器と第2予冷熱交換器および
第3予冷熱交換器を介してジュールトムソン(以下JT
と称す)回路の冷媒に熱伝達することを特徴とする極低
温冷却装置。
2. A vacuum adiabatic outer tank container having therein a liquid helium storage tank containing an object to be cooled, a refrigerator body,
And a cryogenic cooling device having a Joule-Thomson circuit having a precooling heat exchanger for heat exchange, which is connected to the vacuum insulated outer vessel and has a two-stage two-cylinder expansion section of the refrigerating machine body, The first stage expansion part of the first cylinder and the second
Refrigeration generated in the stage expansion section and the second stage expansion section of the second cylinder is cooled by Joule Thomson (hereinafter referred to as JT) through the first precooling heat exchanger, the second precooling heat exchanger, and the third precooling heat exchanger.
(Referred to as)) A cryogenic cooling device characterized in that heat is transferred to the refrigerant in the circuit.
【請求項3】 前記冷凍機本体の第1気筒の第2段蓄冷
部および第2気筒の第2段蓄冷部に第4予冷熱交換器お
よび第5予冷熱交換器を設けたことを特徴とする請求項
2記載の極低温冷却装置。
3. A fourth precooling heat exchanger and a fifth precooling heat exchanger are provided in the second stage cold storage section of the first cylinder and the second stage cold storage section of the second cylinder of the refrigerator main body. The cryogenic cooling device according to claim 2.
【請求項4】 前記冷凍機の第1気筒の第2段膨脹シリ
ンダおよび第2気筒の第2段膨脹シリンダの内側に溝を
設けたことを特徴とする請求項2記載の極低温冷却装
置。
4. The cryogenic cooling apparatus according to claim 2, wherein grooves are provided inside the second-stage expansion cylinder of the first cylinder and the second-stage expansion cylinder of the second cylinder of the refrigerator.
【請求項5】 各冷凍機の蓄冷部を膨脹シリンダ外に配
する請求項2記載の極低温冷却装置。
5. The cryogenic cooling device according to claim 2, wherein the regenerator of each refrigerator is arranged outside the expansion cylinder.
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